預(yù)分解窯風(fēng)量控制方法探討
新型干法窯生產(chǎn)過程中，風(fēng)、煤、料和窯速是公認(rèn)的四大操作要素，其中用風(fēng)問題是最重要、也是最為復(fù)雜的關(guān)鍵控制參數(shù)，是煤粉燃燒、物料懸浮預(yù)熱分解和高溫熟料冷卻所必需的動(dòng)力源泉。掌握用風(fēng)的原理并使之受控是每位工藝人員不懈的追求目標(biāo)。但是系統(tǒng)用風(fēng)變數(shù)較大，某個(gè)部位結(jié)構(gòu)尺寸的細(xì)微變化、或外在因素（如積料、結(jié)皮和漏風(fēng)等）的影響都會(huì)使系統(tǒng)用風(fēng)狀況發(fā)生明顯的變化，在很大程度上給窯系統(tǒng)的產(chǎn)質(zhì)量、熱耗及電耗產(chǎn)生負(fù)面影響，實(shí)際生產(chǎn)過程中調(diào)控操作難度也較大，常常會(huì)遇到左右為難、模擬兩可的情況。本文結(jié)合我公司采用的RSP爐預(yù)分解系統(tǒng)、高原型第三代充氣梁篦冷機(jī)和1000t/dФ3.3×50m窯，對(duì)窯系統(tǒng)的風(fēng)量控制方法進(jìn)行分析探討，旨在分析各子系統(tǒng)用風(fēng)的要理及其相互間的影響，使問題從個(gè)體到總體、局部到全局地得以解決，供同仁參考。
1．中小型窯風(fēng)量控制的主要難點(diǎn)
?、胖行⌒透G固有的系統(tǒng)性機(jī)電和工藝故障相對(duì)較頻繁，造成作業(yè)場(chǎng)所粉塵大，環(huán)境惡劣，很難滿足精密氣體分析儀對(duì)周圍環(huán)境的苛刻要求。雖然多數(shù)新型干法窯原設(shè)計(jì)時(shí)各主要部位均設(shè)置有氣體分析儀，但能長(zhǎng)期正常運(yùn)行的的極少，有的生產(chǎn)線干脆僅僅在溫度較低的窯尾電收塵進(jìn)口設(shè)置CO分析儀，能防止CO含量超高引起電場(chǎng)爆炸事故既可。致使窯尾、分解爐出口、預(yù)熱器出口等重要部位的O2、CO、NOX等含量無(wú)法獲知，失去了風(fēng)量調(diào)節(jié)最直接最有用的信息來(lái)源。
⑵全窯系統(tǒng)基本未設(shè)置氣體流量計(jì)，無(wú)法從直觀上準(zhǔn)確判斷各點(diǎn)風(fēng)量的合理性，一般情況下只能依靠風(fēng)溫和風(fēng)壓間接判斷。
?、窍到y(tǒng)設(shè)備完好率不高，高溫風(fēng)機(jī)、篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)等各種通風(fēng)設(shè)備的能力往往同名牌標(biāo)識(shí)存在一定的偏差，分析核算用風(fēng)量較為繁雜。
⑷電氣自動(dòng)化水平難以同大型窯相提并論，工藝穩(wěn)定性欠佳，自動(dòng)調(diào)節(jié)回路運(yùn)行情況都不太理想。分解爐出口溫度同尾煤加入量、篦冷機(jī)一室篦下壓力同一段篦床速度、預(yù)熱器出口O2含量同高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、窯頭負(fù)壓同篦冷機(jī)余風(fēng)排出量等自調(diào)回路難以正常運(yùn)行，手動(dòng)調(diào)節(jié)，變數(shù)較大。
2．系統(tǒng)總風(fēng)量的調(diào)控及要求
窯系統(tǒng)用風(fēng)控制點(diǎn)分布如圖1所示。
窯系統(tǒng)用風(fēng)控制點(diǎn)分布圖
圖中A為高溫風(fēng)機(jī)排風(fēng)量控制點(diǎn)，排風(fēng)量的大小決定了預(yù)熱器及分解爐各部位的風(fēng)速、窯爐用風(fēng)總量和系統(tǒng)空氣過剩系數(shù)。B點(diǎn)為三次風(fēng)閥，控制窯爐風(fēng)量平衡問題。C點(diǎn)為冷卻用風(fēng)總量控制點(diǎn)，決定了單位熟料消耗空氣量和高低壓風(fēng)的匹配。D點(diǎn)主要為余風(fēng)排出，控制著窯頭壓力和入窯爐二、三次風(fēng)量，主要跟篦冷機(jī)的冷卻效率有關(guān)。
系統(tǒng)總風(fēng)量的控制主要取決于窯爐用煤量的大小和系統(tǒng)生產(chǎn)能力的高低。一般在投料初期或低負(fù)荷生產(chǎn)能力下，為保證預(yù)熱器各進(jìn)出口風(fēng)速高于最低允許風(fēng)速，要求適當(dāng)加大空氣過剩量，提高氣固比，不應(yīng)過分追求風(fēng)煤的配合比例。投料前最好將預(yù)熱器頂級(jí)出口負(fù)壓拉至2800~3300Pa，即大風(fēng)量投料操作，之后無(wú)需過多的調(diào)整。在滿負(fù)荷正常生產(chǎn)狀況下，由于系統(tǒng)各部位尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)熱、分解系統(tǒng)內(nèi)所需風(fēng)量及風(fēng)速，主要以消耗的燃煤充分燃燒所需空氣量為基礎(chǔ)，因此空氣過剩量無(wú)需過大。
操作控制方面主要采?。阂皇潜M量避免CO的出現(xiàn)，保證進(jìn)窯尾電收塵進(jìn)口CO含量≤0.15%；二是系統(tǒng)在不同的運(yùn)行狀況下，適時(shí)地手工取樣分析窯尾、分解爐及頂級(jí)預(yù)熱器出口煙氣的CO和O2含量，總結(jié)出與系統(tǒng)各參數(shù)（包括溫度、壓力、高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及其電流等）間的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)指導(dǎo)操作，把上述三個(gè)部位的O2含量處于1.5～2%、2%～3%、4%～5%時(shí)的系統(tǒng)熱工狀況及參數(shù)作為控制基準(zhǔn)；三是依據(jù)各級(jí)旋風(fēng)筒進(jìn)出口溫度、壓力和錐體壓力的穩(wěn)定性，進(jìn)一步結(jié)合電收塵進(jìn)口CO含量來(lái)判斷風(fēng)量是否足夠，以此來(lái)調(diào)節(jié)總風(fēng)量和冷卻機(jī)鼓風(fēng)量；四是用效正過的皮托管測(cè)出進(jìn)高溫風(fēng)機(jī)的廢氣管道內(nèi)傾斜微壓差，換算成單位熟料排出的廢氣量進(jìn)行間接判斷。一般情況下，預(yù)分解窯系統(tǒng)各部位風(fēng)量的正常匹配如表1所示。
表1 預(yù)分解窯各部位正常風(fēng)量匹配
注：*入窯二次風(fēng)溫度測(cè)點(diǎn)位于大窯頭罩頂部，窯頭高溫火焰對(duì)其有一定的輻射熱，顯示溫度存在一定的虛高；**三次風(fēng)從窯頭罩抽取，但溫度測(cè)點(diǎn)位于分解爐入口，顯示溫度明顯比二次風(fēng)溫低；分解爐出口是指窯爐氣流混合后的高溫級(jí)旋風(fēng)筒入口。
3．窯頭用風(fēng)
窯頭用風(fēng)好壞在一定程度上決定了窯系統(tǒng)能否長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。為了靈活調(diào)節(jié)火焰的形狀規(guī)整性、強(qiáng)度和軸向長(zhǎng)度，減少低溫一次風(fēng)量和有害氣體的排放，重點(diǎn)控制的參數(shù)有一次風(fēng)量、各風(fēng)道內(nèi)氣體流速及壓力、燃燒器噴出速度、風(fēng)煤比例、燃燒能力及其窯皮狀況等。
3．1輸送煤粉風(fēng)機(jī)的選用
目前國(guó)內(nèi)使用最多的三種是羅茨風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)式滑片壓縮機(jī)和離心式風(fēng)機(jī)。一般的離心式風(fēng)機(jī)壓力都較低，在新建的生產(chǎn)線喂煤系統(tǒng)中已極少使用?；剞D(zhuǎn)式滑片壓縮機(jī)性能是優(yōu)良的，但滑片的壽命很短，專用油昂貴，氣流油污多，運(yùn)轉(zhuǎn)成本高。羅茨風(fēng)機(jī)出口壓力高，風(fēng)量調(diào)節(jié)方便，出口空氣潔凈，使用維護(hù)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)中應(yīng)優(yōu)先考慮使用。選用時(shí)風(fēng)量主要按以下兩點(diǎn)確定：一是窯頭燃燒器煤風(fēng)道理論噴出風(fēng)速25-32m/s，考慮漏風(fēng)和管道動(dòng)量損失、以及煤粉濃度對(duì)輸送過程的加速作用后，工況風(fēng)速大約在24-26m/s之間；二是煤粉輸送氣固混合比0.3-0.5，或輸送濃度6-10kg/m3。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不能選得過小，應(yīng)在選型計(jì)算的基礎(chǔ)上按1.1的富裕系數(shù)考慮，以防止煤粉沉積在管道內(nèi)，避免造成股流狀輸送，風(fēng)機(jī)能力相對(duì)較大的情況下可以采取放風(fēng)的方式。入窯煤風(fēng)壓力控制在2.0~2.5kPa為宜。
3．2一次風(fēng)量及噴出風(fēng)速
一次風(fēng)量的作用是供煤粉內(nèi)揮發(fā)份燃燒，且分成高速軸流風(fēng)、旋流風(fēng)和少量低速中心風(fēng)輸送煤粉進(jìn)入窯內(nèi)，在窯內(nèi)形成一個(gè)活撥有力的“柳葉”型火焰。一次風(fēng)量減少，自然可增加高溫二次風(fēng)用量。但是，生產(chǎn)實(shí)踐告訴我們，過低的一次風(fēng)量，對(duì)于中小型預(yù)分解窯、尤其高海拔地區(qū)的生產(chǎn)線而言并不太現(xiàn)實(shí)，不能一味的套用大型窯追求超低一次風(fēng)量的生產(chǎn)模式。生產(chǎn)中使用性能優(yōu)良的燃燒器和全窯系統(tǒng)較高的生產(chǎn)管理水平是最基本的前提條件。目前國(guó)內(nèi)中小型預(yù)分解窯配套使用的燃燒器多為國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)，窯頭送煤風(fēng)和一次凈風(fēng)總量大多占窯內(nèi)燃燒空氣總量的10~15%左右，也可認(rèn)為是目前所能夠達(dá)到的實(shí)際水平。根據(jù)我公司目前使用的進(jìn)口皮拉德Rotaflam型旋流式四風(fēng)道煤粉燃燒器和國(guó)廠TJB型四風(fēng)道煤粉燃燒器的適應(yīng)性能，結(jié)合所用的燃煤品質(zhì)（熱值24100kj/kg，灰份31.5%，揮發(fā)份23%，細(xì)度5-8%），得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。
Rotaflam型燃燒器追求低風(fēng)量、低旋流角度（≤20。）、中等風(fēng)速（150~170m/s），采取煤風(fēng)置于旋流風(fēng)內(nèi)側(cè)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使之形成強(qiáng)度適中、長(zhǎng)度方向熱力分布合理的火焰，生產(chǎn)中便于適時(shí)調(diào)節(jié)控制，用于帶高效篦式冷卻機(jī)的窯系統(tǒng)時(shí)，一次風(fēng)比例基本可控制在8%左右；用于帶單冷機(jī)的窯系統(tǒng)時(shí)，配套進(jìn)口的一次風(fēng)機(jī)能力明顯偏小，經(jīng)數(shù)次改進(jìn)，將一次風(fēng)比例提高至14~18%后，窯系統(tǒng)方才進(jìn)入良好狀態(tài)。
TJB型四風(fēng)道煤粉燃燒器類似于洪堡PYRO-JET型燃燒器，追求超高軸流風(fēng)速（200~400m/s）、大旋流角度（~35。）、中等旋流風(fēng)速（130~180m/s）和較低中心風(fēng)速（40~60m/s），使用初期效果并不十分理想，軸向熱力分布不盡合理，存在一定的局部高溫。由于高海拔等因素的影響，原配用的一次風(fēng)機(jī)能力有些不足。通過調(diào)整噴嘴結(jié)構(gòu)、增大一次風(fēng)機(jī)傳動(dòng)輪比例和提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速后，動(dòng)壓得以提高，燃燒器推力增強(qiáng)，各風(fēng)道風(fēng)速達(dá)到設(shè)計(jì)要求，一次風(fēng)比例由設(shè)計(jì)值（~8%）調(diào)整為10~12%。但是，火焰軸向分布未能徹底改善，?